隧道光面爆破钻爆设计方案

隧道光面爆破钻爆设计方案一工程概况xx隧道地处xx山脉中段，属中低山丘陵地貌。区内地形起伏大，绝对高程为230~978m，相对高程200~600m。由于构造格局及岩性的控制，山脉走向与构造走向近于一致，多呈北东走向，形成沟谷及山脊走向亦多呈北东走向，沟谷呈“V”字型，两侧山坡坡度为25°~45°，局部形成陡坡。植被发育，森林覆盖率达60%以上，为双牌县主要林区之一，区内居民点零星分布。隧道进出口端均有乡村便道与双牌~江村公路（碎石路面）相通，交通条件差。隧道进口里程为D3K77+565，出口里程为D3K83+946，中心里程为D3K80+755.5，全长6381m。铁三局集团承建D3K81+600~D3K83+946段2346m的爆破施工作业。隧道爆破施工过程中光面爆破效果不理想、超欠挖现象严重，影响隧道施工作业的安全和进度要求，因此我院受铁三局委托，承担xx隧道D3K81+600~D3K83+946段的光面爆破咨询任务。二工程地质条件（一）地层岩性、地质构造及地震（1）地层岩性隧道上覆第四系全新统冲洪积（Q4al+pl）、坡崩积（Q4dl+col）、坡残积（Q4dl+ell）粉质粘土、卵石土、碎块石土等；出露基岩为泥盆系中统跳马涧组（D2t）石英砂岩、粉砂岩夹页岩，下统（D1）石英砂岩、粉砂岩，奥陶系上统中组（O32）、下组（O31）浅变质石英砂岩、板岩。现将段内岩性分述如下：1）粉质黏土（Q4al+pl）：灰褐、褐黄、棕黄、棕红、紫红色，软~硬塑状。含石英砂岩、粉砂岩、板岩质漂石、卵石、砾石。厚约0~7m，属Ⅱ级普通土。主要分布于沟谷、沟槽内。2）卵石土（Q4al+pl）：紫红、灰黄、褐灰等色，松散~中密，潮湿~饱和状。卵石含量约60~70%，φ20~200mm，余为圆砾、漂石、碎石、块石及黏性土充填。局部为漂石土，石质成分为石英砂岩质，磨圆度较好，分选性差。厚约2~11m，属Ⅲ级硬土。主要分布于沟谷、沟槽内。3）块石土（Q4dl+col）：棕红、紫红色，潮湿~稍湿，松散~中密，石质以石英砂岩、粉砂岩为主，块径为φ200~1500mm，厚4~20m，属Ⅳ级软石。主要分布于隧道出口左侧80m附近坡面。4）粉质黏土（Q4dl+ell）：灰褐、褐黄、棕黄、棕红、紫红色，硬塑状。含石英砂岩、粉砂岩、板岩、灰岩质块石、碎石、角砾。厚约0~2m，属Ⅱ级普通土。广泛分布于测区坡面。4-1）断层角砾（Fbr）：岩性与断层两盘的地层有关，由于构造作用，岩体完整性差，基本上多呈碎石状、角砾状，松散~中密状，潮湿状，属Ⅲ级硬土。5）石英砂岩、砂岩、粉砂岩夹页岩（D2t）：石英砂岩紫红、浅灰、灰白、灰绿色，细粒~中粒结构，中厚~厚层状，质坚硬。粉砂岩紫红、紫灰、浅灰绿色，厚层~巨厚层状，粉砂质结构，钙质、铁质胶结；页岩紫红、灰白色，薄层状，质相对较软，出露者多为强风化（W3），厚0.30m左右。强风化（W3）岩体破碎，质较软，厚0~4m左右，属Ⅳ级软石；弱风化（W2）属Ⅴ级次坚石，与下伏D1地层呈平行不整合接触。据深孔钻探揭示：节理裂隙发育，裂隙偶见泥质充填及水蚀痕迹，具水平层理及小型交错层理。6）石英砂岩、粉砂岩、细砂岩、含砾砂岩（D1）：紫红、紫灰、浅灰色夹灰黄色，石英砂岩细粒~粗粒结构，厚~巨厚层状，质坚硬；粉砂岩薄~中厚层状，钙质胶结。弱风化（W2）属Ⅴ级次坚石。底部为黄褐、灰褐色花岗碎屑岩、含砾岩。与下伏O32、O31地层呈角度不整合接触。据深孔钻探揭示：中厚层状，具水平层理，加薄层泥岩。7）浅变质石英砂岩、板岩（O32）：浅变质石英砂岩灰、深灰、灰绿色，薄层~中层状，中厚~巨厚状，变质结构，节理发育。砂质板岩、炭质板岩，质软，易风化，全风化（W4）原岩结构清晰，易击碎呈土夹碎石角砾状，属Ⅲ级硬土；强风化（W3）锤易击碎呈碎石、角砾状，锤击声沉闷，属Ⅳ级软石；弱风化（W2），锤击声脆，属Ⅳ级软石。石英砂岩弱风化（W2），岩石坚硬，锤击声脆，属Ⅴ级次坚石。与下伏O31呈整合接触。据深孔钻探揭示：炭质板岩，薄层状，节（劈）理面平整光滑、质软、污手。8）浅变质石英砂岩、板岩（O31）：浅变质石英砂岩紫红、灰绿、深灰色、灰黑色，中厚~厚层状，变质结构，质坚硬；板岩深灰、灰黑、灰绿色，薄~中厚层状，板状构造，劈理发育，致密，质较软。据钻探揭示强风化（W3）厚0~3m，属Ⅳ级软石；弱风化（W2）属Ⅴ级次坚石。据深孔钻探揭示：层面偶夹有薄层炭质薄膜、污手。（2）地质构造隧区处于xx华夏系构造带紫金山区中部，构造线方向为SN向至NNE方向，山脉与河流走向大致平行主要构造线方向。区内褶皱主要为牟江口向斜。主要断裂为平岭-东岭压扭性断裂（F34）。现将区内主要的构造分述如下：１）褶皱牟江口向斜：属区域性向斜，与线路交于D3K79+400处，夹角约59°。向斜轴延伸方向为N57°E，于区内呈倒转向斜，轴面倾向南东，倾角40°左右，地层为奥陶系上统中组（O32），下组（O31）浅变质石英砂岩、板岩。NW翼主要岩层产状为：N50°~70°E/27°~80°SE；主要层理产状：N35~55°W/90°、N30°W/57°NE、N15°E/68°NW。SE翼主要岩层产状为：N50°~65°E/45°~78°SE；主要节理产状：N45°W/90°、N45°W／38°NE。据深孔钻探揭示：岩层倾角变化极大，从上至下岩层倾角由35°、30°变为75°、85°、65°，直立、45°、75°、40°、30°等，具有上下部倾角较平缓，中间倾角陡甚至直立，挤压褶皱明显的特点，如孔深108~137m及202~205m段，岩芯为半边砂岩半边炭质板岩，岩层倾角近似直立，有倒转趋势。２）断裂平岭-东岭压扭性断裂（F34）：属区域性断裂，从隧道D3K83+850~出口斜插而过，走向呈舒缓波状，约为N30~50°E，倾NW向，倾角约50°。断裂带上挤压破碎，破碎带宽约20m，个别地段地层陡立或出现牵引褶皱。上升盘层理产状N25~40°E/26~56°SE；下降盘层理产状N8~45°E/9~57°SE。（3）地震动参数区划根据国家地震局《中国地震动峰值加速度区划图》（1/400万GB18306~2001图A1）该段地震动峰值加速度0.05g。（二）不良地质现象及特殊岩土测区内未见特殊岩土分布。（1）围岩岩爆及变形预测该隧道在DK80+590~DK82+220段埋深在500~643m，围岩由石英砂岩、炭质板岩构成；有产生隧道变形的可能，施工过程中岩层将产生剥落和发生岩爆，预测会发生中等岩爆。（2）有害气体测试该段隧道围岩由浅变质石英砂岩、炭质板岩构成。炭质板岩节理裂隙中有瓦斯及有害气体溢出，预测隧道甲烷相对涌出量0.00067m3/T.d，属低沼气溢出型。当瓦斯浓度达5~16%时有爆炸危险，H2S浓度0.00066%及SO2浓度0.0007%时对人体有伤害危险。（3）发射性特征经自然伽玛测井测定，该孔岩层的自然伽玛放射性强度在105~217API，平均为161API，在隧道施工时，对人体无放射性伤害。（4）井温隧道内温度23.3~24.5℃，地温梯度1.25~1.7℃/100m，属正常地温范围。三光面爆破理论隧道光面爆破采取微振动控制爆破技术。为控制超挖，周边采用光面爆破方法。隧道光面爆破要求周边眼爆破既能将岩石爆落下来，又能形成规整的轮廓，尽可能保留半孔痕迹，减小爆破对围岩的扰动，减少超挖量。装药集中度(q)、最小抵抗线(W)直接影响周边岩石的爆落效果；“规整轮廓”主要与炮眼间距(E)、炮眼密集系数(m=E/W)和最小抵抗线有关(W)；半孔率主要与不耦合系数(D=d炮眼/d炸药)有关。因此，影响隧道光面爆破效果的主要参数应是：炮眼间距(E)、炮眼密集系数(m)、装药集中度(q)、最小抵抗线(W)、不耦合系数(D)。而它们之间又是相互联系的，只有这些参数整体上处在某一正确的范围内，才能达到理想的光爆效果。影响光面爆破效果的因素有很多，主要有围岩地质条件、炸药特性、断面形状和大小、钻孔质量等。其中岩地质条件和钻孔质量是最主要的影响因素。实践表明，通常的光面爆破参数取值范围如下：炮眼间距E=(8~15)d、炮眼密集系数m=0.7~1.0、最小抵抗线W=(10~20)d或者W=E/m、不耦合系数D=1.5~2.0、装药集中度q=0.04~0.4(kg/m)具体计算设计方法有：工程类比法、半经验半公式法、理论计算法。四xx隧道爆破施工概况隧道光面爆破原始条件表1洞内开挖平面尺寸6.26m×8.8m2洞内开挖断面面积49~69m23围岩类型Ⅲ~Ⅴ类围岩4炸药类型2号岩石硝铵、乳化炸药5药包规格直径32mm6光爆孔间距70cm以上7光爆孔外插角7°以上且不规则8光爆孔最小抵抗线孔口25cm9周边眼孔深3m10掏槽眼孔深4.5mxx隧道爆破施工采用微振动控制爆破技术，周边孔采用光面爆破方法。由于隧道围岩较差；同时隧道开工时间较短，爆破队伍对围岩性质认识不清，且对光面爆破技术的理解不到位、钻孔质量不高，造成了隧道光面爆破效果差，主要表现为半孔率低、光爆面不整齐、超欠挖严重等现象，最终影响到作为洛湛铁路控制工程的xx隧道的施工安全及掘进速度。五光面爆破的主要参数（1）理论计算隧道爆破炮孔钻孔时由外侧向中间分别为周边孔、辅助孔和掏槽孔。其中周边孔和辅助孔钻孔深度为3~3.5m，炮眼直径d炮眼=42mm；掏槽孔的钻孔深度为4~4.5m，超出周边孔和辅助孔的孔深50cm。根据光面爆破的理论数据，取周边孔孔距E=(10~15)d，则炮眼间距E=(10~15)d=45~63cm，周边孔沿开挖边线均匀布置。装药集中度q=0.1~0.15(kg/m)；不耦合系数D=1.5~2.0。钻孔时，周边孔孔口边紧贴设计开挖边线，向外侧偏斜3～5°钻孔。与周边孔紧邻的一排辅助眼决定了周边眼最小抵抗线(W)，一般要求W=1.2E=55~60cm，辅助孔孔距设为0.7~0.8m，排距为0.6~0.8m。具体见《炮孔布置示意图》。爆破参数的理论计算A.全断面钻孔数量N根据泽波尔建议公式:N=a1+a2Sa1、a2——为岩体可爆程度确定的系数，经查a1=20,a2=1则N=20+1×49=69，取N=65~75个B.周边孔平均炸药用量qp根据公式：qp=aWLp(0.5~0.9)qqp——周边孔平均炸药用量kga——周边孔孔距cmW——周边孔最小抵抗线cmLp——周边孔孔深q——单位岩体耗药量kg/m3取a=0.5mW=50cmLp=3mq=1.1kg/m3则qp=0.4~0.6kg。（2）现场光面爆破试验效果分析通过对先期爆破效果的观察和钻工钻孔质量、孔网参数的了解以及与钻工交流了解情况，认为主要是钻孔质量不高、孔网参数不当影响了爆破效果，决定从这两方面入手，通过试验手段不断提高光面爆破效果。通过与铁三局技术人员、爆破施工负责人的具体协商，决定光面爆破参数如下：隧道光面爆破试验参数表1光爆孔间距60cm、分布规则2光爆孔外插角3°~5°（孔底外叉距离10~15cm）3光爆孔最小抵抗线60cm4周边眼孔深3m5掏槽眼孔深4.5m6拱顶光爆孔装药量0.3kg7装药集中度0.1kg/m8不耦合系数1.689侧壁光爆孔装药量从上而下由0.3kg至1.2kg递增10其它炮孔装药量不作调整在试爆前组织钻工培训，讲解光面爆破的理论知识及有关操作技巧，提升他们对光面爆破的认知水平。通过五次试爆，隧道光面爆破效果有了一定程度的提高，半孔率控制在85%以上、超欠挖有所改善。钻工不断掌握钻孔方法、提高钻孔精度，在后续的爆破施工过程中，光爆面的整齐度、超欠挖控制水平将越来越好。（3）试验结论现场试验参数是在理论计算与先期爆破参数的基础上得出的数值，光面爆破效果较先期有所改善。通过综合分析，将光面爆破参数确定如下：光面爆破参数表1光爆孔间距55cm、分布规则2光爆孔外插角3°~5°（孔底外叉距离10~15cm）3光爆孔最小抵抗线60cm4周边眼孔深3m5掏槽眼孔深4.5m6拱顶光爆孔装药量0.3kg7装药集中度0.1kg/m8不耦合系数1.689侧